基于FPGA的串行Flash扩展实现

4 硬件实现

Flash正常工作时必须严格按照Flash的时序控制信号。首次使用Flash时一定要先进行擦除操作，编程指令可以将1变为0。往Flash中写入数据时，先将数据写入FPGA的ROM中，然后在FPGA内部根据Flash的页面编程时序将数据写入Flash中。选用Altera公司的FPGA，所需的ROM模块可以直接调用QuartusII中的宏功能模块，编写一个控制模块控制读取ROM的时间及地址，并将数据按照Flash的时序送入Flash中．页面编程的模块图如图4所示。选用的Flash容量较大，一般FPGA没有这么大的存储空间，所以数据可分多次写入。FPGA的ROM中的数据保存在.mif文件中，.mif由Matlab直接生成.mif文件，也可在QuartusII软件中生成。



Flash中的数据只要按照读时序要求就可以顺利读入FPGA中进行运算。在调试中，为了验证程序的正确性，可将从Flash中读出的数据通过串口送到计算机，模块图如图5所示。图中的txmit为串口的发送端模块图，它负责将接收到的数据按照RS232C的时序格式输出至计算机。flash_read模块按照Flash的读数据格式发出控制信号，并将从Flash读出的数据按照字节打包送到txmit模块。读时序验证无误后，去除txmit模块，将由Flash读出的数据送到其他模块参与运算。



需要注意的是，一些指令在操作完成后，需要留出一段时间Flash进行数据处理，如写寄存器周期(tw)为5 ms～15 ms，页面编程周期(tpp)为1.4 ms～5 ms，部分擦除周期(tse)为1 s～3 s，而整体擦除周期(tBE)为10 s～20 s。这些指令输入结束后拉高片选信号足够长的时间，也可以在执行这些指令操作的同时读取内部寄存器值，以监控上述周期是否结束。一旦检测到指令执行完毕则执行后续操作，这样可节省时间。如果忽略了Flash的处理时间则会发生错误，导致Flash无法正确执行指令。

5 结束语

数字电路设计中经常需要使用大容量存储器，串行Flash体积小、占用系统资源少、连线简单。随着微电子技术的迅猛发展，FPGA在数字电路设计中所发挥的作用越来越大，广泛应用于系统实现及功能验证。利用FPGA直接控制flash接口时序，不仅节约了专用编程器的开支，而且方便灵活、便于移植。使用硬件描述语言编写的接口时序，可重复利用，可移植性强。FPGA的灵活性和串行Flash的体积小的特点相结合，具有设计灵活、成本低廉、实用性强等优势，并具有重要的参考价值。